Nghiên cứu trích ly polyphenol từ củ hà thủ ô đỏ (polygonum multiflorum thunb ) và ứng dụng trong thực phẩm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP LÊ PHẠM TẤN QUỐC NGHIÊN CỨU TRÍCH LY POLYPHENOL TỪ CỦ HÀ THỦ Ô ĐỎ (POLYGONUM MULTIFLORUM THUNB.) VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2019 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 62.54.01.01 NGHIÊN CỨU TRÍCH LY POLYPHENOL TỪ CỦ HÀ THỦ Ô ĐỎ (POLYGONUM MULTIFLORUM THUNB.) VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU SINH LÊ PHẠM TẤN QUỐC MSNCS: P1114006 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGs Ts NGUYỄN VĂN MƢỜI 2019 Lu n án tốt nghiệp tiến sĩ kh 2014 ợt Tr ng ih C n Th LỜI CẢM TẠ Xin chân thành cảm n B n Giám hiệu tr ng i h c C n Th , Khoa S u i h c, Bộ mơn Cơng nghệ Th c ph m, Phòng thí nghiệm, Văn phòng kho v Th viện thuộc Khoa Nơng nghiệp; Phòng, Kho liên qu n ã t o iều kiện thu n lợi cho h c t p th c lu n án Tôi xin gửi l i biết n sâu sắ ến PGs.Ts Nguyễn Văn M i, Th y ã t n tình h ớng dẫn v ng g p nhiều ý kiến quý báu cho tơi q trình h c t p th c lu n án Chân thành cảm n PGs.Ts Hồ Quảng ồ, PGs Ts Nguyễn Công Hà, PGs Ts Tr n Th nh Trú ã lu n hỗ trợ t o m i iều kiện thu n lợi cho tơi suốt tiến trình h c t p Tôi ghi nhớ xin gửi l i ám n ến quý Th y Cô củ Tr ng i h c C n Th ã t n tình giảng d y v giúp ỡ suốt th i gian h c t p th c ề tài Xin ợc gửi ến Ban Giám hiệu, B n Lãnh o Viện Công nghệ Sinh h c Th c ph m, Tr ng i h c Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh l i ám n hân th nh v sâu sắc Tôi ghi nhớ s quan tâm, hỗ trợ Nh tr ng Viện ể tơi hồn thành việc h c t p nghiên cứu Chân thành cảm n b n ồng nghiệp ã hỗ trợ t o iều kiện thu n lợi cho suốt tiến trình nghiên cứu khoa h c Trong suốt năm th c ề tài, t i lu n ợc s ồng hành, hỗ trợ em sinh viên i h c ngành Công nghệ th c ph m từ kh 07 ến khóa 11 Tr ng i h c Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Các em không quản ng i kh khăn, th i gi n ể với th c nghiên cứu v h n nữa, em ln tiếp sức hỗ trợ tơi nhiều lĩnh v c sống ến t n th i iểm Cuối ùng, t i xin ợc gởi l i biết n ến gi ình với tất tình u s khuyến khích, ủng hộ ã d nh ho t i hặng ng m go ể hoàn th nh ợc lu n án nghiên cứu n y ặc biệt, xin dành tặng ba mẹ thành m h m n y on ã t ợc Cần Thơ, ngày 23 tháng 08 năm 2019 Nghiên cứu sinh Lê Ph m Tấn Quốc Ng nh C ng nghệ Th ph m i Kho N ng nghiệp Lu n án tốt nghiệp tiến sĩ kh 2014 ợt Tr ng ih C n Th TÓM TẮT Nghiên cứu ợc th c nhằm xá ịnh ph ng pháp trí h ly tối u ể thu nh n dịch chiết polyphenol h m l ợng ho t tính chống oxi hóa cao từ củ hà thủ ỏ (Polygonum multiflorum Thunb.) (HTO) ồng th i xác ịnh tính chất kháng khu n, s t ng tá với protein, khả ứng dụng dịch chiết bảo quản rau quả, chế biến thịt ũng nh kiểm tr ộc tính dịch chiết polyphenol Bên c nh , việc t o bột sấy phun thiết l p mơ hình suy giảm chất l ợng cho dịch chiết chế ph m sấy phun ũng ợc nghiên cứu Nội dung u tiên gồm thí nghiệm theo dõi s ổn ịnh h m l ợng ho t tính polyphenol củ hà thủ ỏ d ng bảo quản khác (củ t i xắt lát l nh ng, h thủ ô xắt lát sấy khơ d ng bột nhiệt ộ phòng) Trong nội dung thứ hai, sử dụng ph ng pháp trí h ly nh u nh ngâm trích, trích ly có hỗ trợ vi sóng siêu âm nhằm tìm r ph ng pháp trích ly tối u ể ợ h m l ợng ho t tính polyphenol cao Xác ịnh tính chất khả ứng dụng dịch trích polyphenol bảo quản chế biến số th c ph m vấn ề nội dung Ngoài ra, tiến hành sấy phun dịch chiết chất mang gum arabic maltodextrin; s u , xá ịnh ặ iểm tính chất hóa lý chế ph m sấy phun ồng th i xây d ng mơ hình d oán s suy giảm chất l ợng polyphenol dịch trích chế ph m sấy phun theo nhiệt ộ bảo quản (nội dung 4) ánh giá ộc tính cấp v ộ tính bán tr ng diễn dịch trích chuột nội dung cuối lu n án (nội dung 5) Kết nghiên cứu cho thấy, củ hà thủ t i lát bảo quản l nh ng nhanh trì s ổn ịnh polyphenol tốt h n so với mẫu bảo quản l nh ng ch m sau 180 ngày Trong , mẫu cắt lát sấy khô nhiệt ộ 60oC 210 phút trì h m l ợng ho t tính polyphenol o h n nhiệt ộ khác ối với mẫu bột khô, h m l ợng polyphenol giảm 13% ho t tính giảm 6% sau 100 ngày bảo quản nhiệt ộ phòng So sánh ph ng pháp trí h ly khác cho thấy, việc trích ly có hỗ trợ vi sóng tốt v t hiệu cao iều kiện công suất 127 W/g, th i gian trích 4,82 phút, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/39,98 (g/mL) nồng ộ dung môi acetone 57,35% tiến hành tối u h ph ng pháp bề mặt áp ứng với h m l ợng ho t tính polyphenol tối u l n l ợt 47,53±0,79 (mg GAE/g CK) 334,07±3,04 (µmol TE/g CK) Polyphenol dịch chiết có khả t ng tá v l m kết tủa protein (gelatin) Ngồi ra, cao chiết có khả kháng ợc số vi sinh v t nh Salmonella enteritidis, Staphylococcus aureus Trichoderma asperellum xá ịnh nồng ộ ức chế tối thiểu ph ng Ng nh C ng nghệ Th ph m ii Kho N ng nghiệp Lu n án tốt nghiệp tiến sĩ kh 2014 ợt Tr ng ih C n Th pháp khuế h tán ĩ giấy ồng th i nồng ộ dịch chiết polyphenol 208 415 mg GAE/L trì chất l ợng u ủ d ng cắt miếng ng y iều kiện bảo quản l nh thịt cá diêu hồng nghiền 100 ngày trữ ng Việc sử dụng chất m ng nh u ể sấy phun dịch chiết cho thấy chế ph m sấy phun có tính chất hóa lý hoàn toàn khác nhau, chế ph m gum arabic có hiệu suất thu hồi, h m l ợng ho t tính polyphenol tốt h n hế ph m maltodextrin Bên c nh , xây d ng ợc mô hình d ốn s suy giảm củ h m l ợng ho t tính dịch chiết chế ph m sấy phun nhiệt ộ bảo quản xá ịnh Kết khảo sát chuột nồng ộ dịch chiết o h n nhiều l n so với nồng ộ sử dụng th c ph m cho thấy dịch chiết kh ng ộc tính cấp ũng nh ộ tính bán tr ng diễn Từ khóa: chống oxy hóa, hà thủ ơ, kháng khu n, polyphenol, vi sóng Ng nh C ng nghệ Th ph m iii Kho N ng nghiệp Lu n án tốt nghiệp tiến sĩ kh 2014 ợt Tr ng ih C n Th ABSTRACT The research was performed for determining the optimal extraction method to obtain the highest content and antioxidant capacity of polyphenol from Polygonum multiflorum Thunb root In addition, polyphenol extract was evaluated anti-microorganism capacity, protein-polyphenols interaction, applied polyphenol extract to storage of fruit, fish product processing and tested the toxicity of extract Besides, experiments were performed to spraydrying polyphenol extract with different carrier agents and built the model to predict the shelf-life of polyphenol extract and spray-drying product at various storage temperatures Experiments in part studied some storage methods that affect the stable content and antioxidant capacity of polyphenol from Polygonum multiflorum Thunb root, including freezing method, drying method (for sliced fresh root) and storage of powdered product at room condition In part 2, using various extraction methods (maceration, microwave-assisted extraction and ultrasound-assisted extraction) obtain the highest polyphenol content and antioxidant capacity Determining properties and application capacity of polyphenol extract in storage and process some foods were a next major content (part 3) Experiments in part were performed to spray-drying polyphenol extract with carrier agents as gum arabic and maltodextrin, then analyzed physical-chemical properties of spray-drying products Besides, this study built the model to predict the degradation quality of polyphenol extract and spray-drying product at various storage temperatures Evaluating the acute and semi-chronic toxicities of extract on mice was the last content of dessertation (part 5) The result showed that the quick-freezing method maintained the stability of polyphenol of sliced fresh root during storage time better than slow freezing method during 180 days Besides, the sliced fresh root dried at 60oC for 210 minutes, that had the maximum content and antioxidant capacity of polyphenol In addition, the content and antioxidant capacity of polyphenol of dried powdered product decreased by 13% and 6% after 100th days at room condition, respectively Comparing between extraction methods showed that microwave-assisted extraction was the optimal method and has the best results at the microwave power of 127 W/g, extraction time of 4.82 minutes, material/solvent ratio of 1/39.98 (g/mL) and acetone concentration of 57,35% which was determined by response surface methodology The optimal content and antioxidant capacity of polyphenol were 47.53±0.79 (mg GAE/g DW) and 334.07±3.04 (µmol TE/g DW), respectively The results also showed that Ng nh C ng nghệ Th ph m iv Kho N ng nghiệp Lu n án tốt nghiệp tiến sĩ kh 2014 ợt Tr ng ih C n Th there were protein-polyphenol interaction and precipitated protein (gelatin) In addition, extract inhibited some microorganisms such as Salmonella enteritidis, Staphylococcus aureus and Trichoderma asperellum, the minimum inhibitory concentration of microorganism was determined by the paper disc diffusion method Polyphenol concentrations of 208 and 415 mg GAE/L maintained the quality of fresh-cut papaya during days at cold condition and minced red tilapia during 100th days at freezing storage, respectively Using different carrier agents showed the both of spray-drying products that have different physical-chemical properties, gum arabic maintained the yield, polyphenol content and antioxidant capacity better than maltodextrin In addition, the predicted shelf-life models of total polyphenol content and antioxidant capacity were performed at the determined temperature Moreover, the results indicated when applying extract concentration many times higher than the usual one in food, there were not the acute and semi-chronic toxicities on mice Keywords: antioxidant, anti-microorganism, Polygonum multiflorum Thunb., microwave, polyphenol Ng nh C ng nghệ Th ph m v Kho N ng nghiệp Lu n án tốt nghiệp tiến sĩ kh 2014 ợt Tr ng ih C n Th LỜI CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết lu n án n y ợc hoàn thành d a kết nghiên cứu kết nghiên cứu n y h ợc dùng cho lu n án cấp khác Ngày 23 tháng 08 năm 2019 Ng i h ớng dẫn khoa h c PGs.Ts Nguyễn Văn M Ng nh C ng nghệ Th ph m Tác giả lu n án i Lê Ph m Tấn Quốc vi Kho N ng nghiệp Lu n án tốt nghiệp tiến sĩ kh 2014 ợt Tr ng ih C n Th MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ i TÓM TẮT ii ABSTRACT iv LỜI CAM KẾT KẾT QUẢ vi MỤC LỤC vii D NH S CH H NH xi D NH S CH BẢNG xv D NH S CH TỪ VIẾT TẮT xvii CHƢƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết luận án 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu chung 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa luận án 1.4.1 Ý nghĩ kho h c 1.4.2 Ý nghĩ th c tiễn 1.5 Điểm luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan polyphenol 2.1.1 Phân lo i polyphenol 2.1.2 Ho t ộng chống oxy hóa polyphenol 2.1.3 Các lo i th c ph m giàu polyphenol 10 2.1.4 Vai trò polyphenol việc kháng vi sinh v t 11 2.1.5 Vai trò củ polyphenol ối với sức khỏe 13 2.1.6 Nguyên tắ xá ịnh h m l ợng ho t tính polyphenol 15 2.2 Tổng quan hà thủ ô đỏ 17 2.2.1 Phân lo i hình thái hà thủ ỏ 17 2.2.2 Tác dụng hà thủ ỏ 19 2.2.3 Thành ph n hợp chất có ho t tính sinh h c hà thủ ỏ 19 2.2.4 Ứng dụng hà thủ ỏ 21 2.3 Tổng quan phƣơng pháp trích ly 22 2.3.1 C sở lý thuyết củ ph ng pháp trí h ly 22 2.3.2 Ph ng pháp ngâm trí h (trí h ly lỏng/rắn) 23 2.3.3 Trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm 23 2.3.4 Trích ly có hỗ trợ vi sóng (MAE) 24 2.3.5 Trích ly có hỗ trợ enzyme 25 2.4 Khả tạo chế phẩm vi bao polyphenol 25 Ng nh C ng nghệ Th ph m vii Kho N ng nghiệp Lu n án tốt nghiệp tiến sĩ kh 2014 ợt Tr ng ih C n Th 2.5 Cơ sở lý thuyết đánh giá suy giảm chất lƣợng thực phẩm (shelf-life) 27 2.6 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng polyphenol 28 2.6.1 Tình hình nghiên cứu polyphenol giới 28 2.6.2 Tình hình nghiên cứu polyphenol Việt Nam 31 CHƢƠNG PHƢƠNG PH P NGHIÊN CỨU 32 3.1 Phƣơng tiện nghiên cứu 32 3.1.1 ị iểm th i gian thí nghiệm 32 3.1.2 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 32 3.2 Nguyên liệu sử dụng 33 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 33 3.3.1 Các ph ng pháp phân tích 33 3.3.2 Ph ng pháp thu th p xử lý kết 35 3.4 Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm 35 3.4.1 Xá ịnh lồi thành ph n hóa h củ hà thủ ô 37 3.4.2 Nội dung 1: Ảnh h ởng củ ph ng thức bảo quản ến s ổn ịnh ho t tính polyphenol củ hà thủ ô 37 3.4.3 Nội dung 2: Xá ịnh iều kiện trích ly polyphenol 41 3.4.4 Nội dung 3: Tính chất khả ứng dụng dịch chiết polyphenol từ củ hà thủ ô 49 3.4.5 Nội dung 4: ánh giá tính hất hóa lý bột sấy phun, xây d ng mơ hình suy giảm chất l ợng dịch chiết bột sấy phun 55 3.4.6 Nội dung 5: Xá ịnh ộc tính dịch chiết 57 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 60 4.1 Xác định chủng lồi, thành phần hóa học củ hà thủ ô đỏ 60 4.1.1 Xá ịnh chủng loài nguyên liệu 60 4.1.2 Thành ph n hóa h c nguyên liệu củ hà thủ ỏ 61 4.2 Ảnh hƣởng phƣơng thức bảo quản đến ổn định hoạt tính polyphenol bột củ hà thủ đỏ 64 4.2.1 Bảo quản l nh ng ủ hà thủ ỏ 64 4.2.2 iều kiện sấy củ hà thủ ô thích hợp 65 4.2.3 S th y ổi TPC TEAC bảo quản bột củ hà thủ ô iều kiện nhiệt ộ phòng 67 4.3 Ảnh hƣởng phƣơng pháp ngâm chiết hồn lƣu đến hiệu trích ly polyphenol từ củ hà thủ ô đỏ 68 4.3.1 Tá ộng việc sử dụng dung môi hữu ến khả thu nh n polyphenol 68 4.3.2 Ảnh h ởng tỷ lệ nguyên liệu/dung m i ến khả thu nh n polyphenol 69 4.3.3 Nồng ộ dung mơi acetone sử dụng thích hợp ến khả thu nh n polyphenol 70 4.3.4 Ảnh h ởng t ng tá nhiệt ộ th i gi n trí h ến khả thu nh n polyphenol 72 Ng nh C ng nghệ Th ph m viii Kho N ng nghiệp ... NÔNG NGHIỆP LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 62.54.01.01 NGHIÊN CỨU TRÍCH LY POLYPHENOL TỪ CỦ HÀ THỦ Ô ĐỎ (POLYGONUM MULTIFLORUM THUNB. ) VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM... hợp chất polyphenol, dung môi,… (W ng and Weller, 200 6) Bên c nh , ũng nhiều nghiên cứu d ợc tính củ hà thủ ỏ nh ng h nghiên ứu n o ề c p ến việc trích ly ứng dụng polyphenol từ hà thủ ỏ công nghệ... trên, ề t i Nghiên ứu trích ly polyphenol từ củ hà thủ ỏ (Polygonum multiflorum Thunb. ) ứng dụng th c ph m‖ ợc th c 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu chung Sử dụng ph ng pháp trí h ly ổ iển